Séance de cours

CMOS pour la détection de métabolites

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Dans cours

EE-517: Bio-nano-chip design

Introduction to heterogeneous integration for Nano-Bio-CMOS sensors on Chip. Understanding and designing of active Bio/CMOS interfaces powered by nanostructures. ...

Description

Cette séance de cours couvre la détection de métabolites endogènes et exogènes en utilisant la technologie CMOS, en se concentrant sur les défis et les stratégies pour atteindre la sélectivité et la sensibilité. Les sujets abordés comprennent le rôle des enzymes en tant que sondes, les réactions enzymatiques atypiques et la détection de plusieurs médicaments par voltampérométrie cyclique. L'instructeur discute de l'utilisation des nanotubes de carbone pour améliorer la sensibilité de détection et la conception des circuits de génération de tension de rampe dans la puce. La séance de cours explore également l'impact du pH sur les courants Faradaic et la conception de circuits de conversion tension-courant pour les applications de biodétection.

Enseignant·e

Sandro Carrara

Sandro Carrara a été nommé IEEE Fellow pour ses remarquables réalisations dans le domaine de la conception de biocapteurs CMOS à l'échelle nanométrique. Il a également reçu le prix "IEEE Sensors Council Technical Achievement Award" en 2016 pour son leadership dans le domaine émergent du co-design des interfaces Bio/Nano/CMOS. Il est un Professeur titulaire à l' EPFL à Lausanne (Suisse) et responsable du groupe de recherche "Bio/CMOS Interfaces" (BCI). Il est ancien professeur de biocapteurs optiques et électriques au Département de génie électrique et de biophysique (DIBE) de l'Université de Gênes (Italie) et ancien professeur de nanotechnologie à l'Université de Bologne (Italie). Il est titulaire d'un doctorat en biochimie et de biophysique de l'Université de Padoue (Italie), une master en physique de l'Université de Gênes (Italie), et un diplôme en électronique de l'Institut National de Technologie à Albenga (Italie). Ses intérêts scientifiques sont sur les phénomènes électriques de films nano-bio-structuré, et comprennent CMOS conception de biopuces à base de protéines et de l'ADN. Le long de sa carrière, il a publié 7 livres, l'un comme auteur avec Springer sur les interfaces Bio/CMOS et, plus récemment, un manuel de bioélectronique avec La prestigieuse Cambridge University Press. Il a également publié plus de 250 articles scientifiques et est l'auteur de 13 brevets. Il est maintenant chef rédacteur du Journal IEEE Sensors; il est également fondateur et chef rédacteur du Journal BioNanoScience par Springer, et rédacteur adjoint de IEEE Transactions on Circuits and Biomedical Systems. Il est membre du IEEE Sensors Council et de son comité exécutif. Il était membre du Conseil des gouverneurs de la IEEE Circuits And Systems Society (CASS). Il a été nommé IEEE conférencier émérite pour les années 2017-2019 pour le Conseil IEEE Sensors, et de la société CASS pour les années 2013-2014. Son travail a reçu plusieurs reconnaissances internationales: plusieurs Top-25 Hottest-articles (2004, 2005, 2008, 2009, et deux fois en 2012) publiés dans des journaux internationales très fort impact telles que Biosensors and Bioelectronics, Sensors And Actuators B, IEEE Sensors, et Thin Solid Films; un Award à une conference de l'OTAN en 1996 pour la contribution originale à la physique de la conductivité à électron unique dans les nano-particules; six "Best Paper Awards" pour des articles présentés à la conférence IEEE Sensors Conference en 2019 (Montreal), IEEE NGCAS en 2017 (Genoa), MOBIHEALTH en 2016 (Milan), IEEE PRIME en 2015 (Glasgow), en 2010 (Berlin) et en 2009 (Cork), un prix de la meilleure affiche au rencontre annuel de Nanotera en 2011 (Berne), et un prix de la meilleure affiche au NanoEurope Symposium en 2009 (Rapperswil). De 1997 à 2000, il a été membre d'un comité international au ELETTRA Synchrotron à Trieste. De 2000 à 2003, il était responsable scientifique d'un Programme national de recherche (PNR) dans le dépôt de nanobiotechnologie. Il était un expert internationalement estimé du comité d'évaluation de l'Académie de Finlande dans un programme de recherche pour les années 2010-2013. Il a été le président général (General Chair) de la Conférence IEEE BioCAS 2014, le premier conférence internationale dans le domaine des circuits et des systèmes pour les applications biomédicales.

Source officielle

Concepts associés (32)

Voltampérométrie

La voltampérométrie (ou voltammétrie) est une méthode d’électroanalyse basée sur la mesure du flux de courant résultant de la réduction ou de l’oxydation des composés tests présents en solution sous l’effet d’une variation contrôlée de la différence de potentiel entre deux électrodes spécifiques. Elle permet d’identifier et de mesurer quantitativement un grand nombre de composés (cations, certains anions, composés organiques), dont certains simultanément, et également d’étudier les réactions chimiques incluant ces composés.

Linear sweep voltammetry

In analytical chemistry, linear sweep voltammetry is a method of voltammetry where the current at a working electrode is measured while the potential between the working electrode and a reference electrode is swept linearly in time. Oxidation or reduction of species is registered as a peak or trough in the current signal at the potential at which the species begins to be oxidized or reduced. The experimental setup for linear sweep voltammetry utilizes a potentiostat and a three-electrode setup to deliver a potential to a solution and monitor its change in current.

Hydrodynamic voltammetry

In analytical chemistry, hydrodynamic voltammetry is a form of voltammetry in which the analyte solution flows relative to a working electrode. In many voltammetry techniques, the solution is intentionally left still to allow diffusion-controlled mass transfer. When a solution is made to flow, through stirring or some other physical mechanism, it is very important to the technique to achieve a very controlled flux or mass transfer in order to obtain predictable results.

Électrode à disque tournant

L'électrode à disque tournant ou EDT (Rotating Disk Electrode ou RDE en anglais) est une électrode de travail hydrodynamique utilisée dans une cellule à trois électrodes. Elles sont couramment utilisées pour des études de cinétique électrochimique en régime stationnaire. Cela vient du fait qu'il est possible, sous certaines hypothèses, de résoudre les équations de Navier-Stokes dans le cas d'une EDT, c’est-à-dire de connaître la vitesse et la direction du flux d'électrolyte au voisinage de l'EDT.

Polarographie

La polarographie est une forme particulière de la voltampérométrie qui utilise comme électrode de travail une et dans laquelle la solution n’est pas agitée. Méthode d'analyse des oxydations et des réductions en solution, elle appartient donc au domaine de l'électrochimie, la science qui décrit les réactions chimiques dans lesquelles se produisent des transferts d'électrons. Les techniques polarographiques ne sont donc utilisables que lorsque la solution à étudier contient une ou plusieurs espèces réductibles au niveau d'une électrode de mercure à gouttes tombantes, les concentrations des espèces à analyser étant assez faibles.

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Électrochimie dynamique: Équation de Cottrell et Voltammétrie

Explore l'équation de Cottrell et les méthodes de voltammétrie en électrochimie.

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Cellules électrochimiques : Réactions redox et technique CV

Couvre les réactions d'oxydoréduction, la voltampérométrie cyclique et la conception de cellules électrochimiques pour la détection de médicaments.

Détection électrochimique

Explore les biocapteurs électrochimiques, l'ampérométrie, les capteurs de glucose, les biocapteurs enzymatiques, les médiateurs, la voltampérométrie cyclique et l'électrochimiluminescence dans les biocapteurs.

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